Наступления критического

Наиболее характерным проявлением процесса старения материала является необратимая деформация детали. Рост деформации во времени приводит к постепенному изменению начальных параметров изделия, и при высоких требованиях к точности, которые характерны для современных машин, отказ наступает значительно раньше, чем будет исчерпана несущая способность детали.

На омедненных и очищенных от окислов поверхностях трения образцов заметный процесс схватывания наступает значительно раньше — при нормальных нагрузках 40—50 кг/см2. Коэффициент трения находится в пределах 0,4—0,6.

В [Л. 167] предлагается методика расчета по предельным нагрузкам. Расчетные формулы получаются сложными для практического применения. Сходимость методики с экспериментом при нагружении тройников внутренним давлением с доведением до перехода в пластическое состояние находится в пределах от —9 до +12%. Следует отметить, что переход в пластическое состояние определялся индикатором по перемещению стенки тройника. Если определять предельное состояние при помощи тензодатчиков сопротивления, то оно наступает значительно раньше.

Влияние времени нагрева на степень черноты предварительно шлифованной поверхности высоколегированных и малолегированных сталей показано на рисунках 2-24 и 2-25. Из этих рисунков видно, что стабилизация степени черноты у малолегированных сталей наступает значительно раньше, чем у высоколегированных, что, по всей вероятности, объясняется различной скоростью окисления этих металлов,

Крупные прессы (давлением в 300 т и выше) работают без замены и ремонта валов по 10—15 лет и больше. На менее мощных прессах износ коренных подшипников и шейки кривошипа наступает значительно раньше, и такие валы приходится периодически ремонтировать.

В последнее время были разработаны цветные перхлорвини-ловые эмали ХВ-113 Т [65], которые не меняют своей окраски при длительном воздействии солнечной радиации, а также имеют хорошую адгезию, высокую твердость и водостойкость. Срок службы покрытий из эмали ХВ-11ST на тракторах в 3 раза больше, чем глифталевых. Процесс старения под действием высокой температуры, влаги, световой радиации, кислорода воздуха и т. д. у эмалей ХВ-113 Т наступает значительно позже, чем у глифталевых эмалей и у автоэмалей на алкидно-меламиновой основе.

На степень черноты металлов оказывает также влияние время нагрева. Так, стабилизация степени черноты у малолегированных сталей наступает значительно раньше, чем у высоколегированных, что, по всей вероятности, объясняется различной скоростью окисления этих металлов.

Вторая особенность теплотехнических испытаний передвижного парового котла заключается в том, что установить заданный режим работы в течение короткого времени, особенно при отоплении котла дровами, не удается, так как внешние условия, загрузка топлива, режим питания и т. п. оказывают влияние. При работе передвижного парового котла па жидком топливе или газе тепловое равновесие наступает значительно раньше и держится более устойчиво, но все же влияние указанных факторов на заданный режим велико. Следовательно, длительность опыта при теплотехнических испытаниях пере-

Следовательно, в основе работоспособности металла при длительном статическом, термоциклическом и комбинированном деформировании лежат одни и те же процессы, приводящие к ускоренному исчерпанию резервов пластичности материала. И если в условиях действия длительной статической нагрузки наиболее неблагоприятное хрупкое состояние металла при рабочем уровне температур наступает только после 10* ч, то при комбинированных нагрузках это состояние наступает значительно раньше.

В 1965 г. фирма Continental Oil внедрила анодную защиту железнодорожных цистерн, транспортирующих аммиакаты [13, 14]. Представитель этой фирмы Риггс [15] впервые отметил влияние ржавой стали на параметры анодной защиты в растворах NH3—NH4NO3—Н20. Сравнивая анодные потенциостатиче-ские кривые, полученные на образцах, покрытых ржавчиной и с чистой поверхностью, он установил, что на чистой поверхности пассивация наступает значительно раньше, чем на поверхности, покрытой ржавчиной.

рованных и изготовленных конструкциях в значительном диапазоне изменения внешних нагрузок развитие трещин происходит устойчиво, отдаляя момент наступления критического состояния. Поэтому характеристики прочности в определенных пределах могут ие зависеть от начальных длин трещин и определяться некоторыми структурными параметрами материала, такими, например, как величина дерна [ \ 90, 302J.

В этой задаче критические напряжения по энергетическому методу и но 6,,-модели не совпадают друг с другом (по 6к-модели критическое напряжение выше, чем по энергетическому критерию). Несовпадение результатов по разным критериям происходит вследствие существования двух видов критериев наступления критического состояния — необходимых и достаточных [123, 195, 438J. К первым относится энергетический критерий, а ко вторым — 6к-модель, а также теория, основанная на достижении максимальным напряжением (или средним напряжением в пределах характерного интервала, см. § И) у вершины трещипы значения теоретической прочности. Предполагается, что для движения трещипы необходимо соответствующее перераспределение энергии, при котором выделяющаяся энергия, перекрывает поглощение энергии на разрушение. В то же время может оказаться, что этого

Традиционно поведение материала под нагрузкой оценивают с точки зрения того, как долго при том или ином внешнем воздействии материал будет сохранять свою способность сопротивляться наступлению этапа быстрого развития трещины. В момент наступления критического состояния происходит дискретный переход от ситуации, когда развитием трещины можно было управлять, к ситуации самопроизвольного, быстрого разделения на части элемента конструкции. Достижение предельного состояния в естественных и контролируемых условиях эксплуатации недопустимо. Поэтому в качестве свойства материала сопротивляться усталостному разрушению, помимо всего прочего, необходимо рассматривать не текущую или предельную величину параметра, описывающего процесс разрушения, а последовательность механизмов разрушения, реализуя которые, материал имеет возможность длительное время сопротивляться действию циклической нагрузки, не достигая предельного состояния.

Разброс точек объясняется большой сложностью постановки эксперимента. Это относится как к области больших гибкостей, где еще справедлива формула Эйлера, так и, в еще большей мере, к области, где Я ^ Япр. В опытах трудно обеспечить соблюдение необходимых граничных условий, обеспечить отсутствие начальной кривизны у стержня или экс-центренности приложения силы. Всякие отклонения от идеальных условий влекут за собой и отклонения в результатах. Чем тщательнее поставлен эксперимент, тем в более чистом виде наблюдается внезапность наступления критического состояния, сопровождающегося выпучиванием. На рис. 18.52 показаны кривые, характеризующие рост прогибов по мере увеличения сжимающей силы, наблюдавшийся в опытах трех исследователей.

В отличие от критического истечения газов и паров, для которых момент наступления критического режима резко выражен, при истечении вскипающей воды наблюдается плав-

Расчет строительных конструкций осуществляется в соответствии со строительными нормами и правилами [1]. Получаемый при этом уровень номинальной нагруженное™ сварных элементов и уровень концентрации напряжений свидетельствуют о возникновении в зонах концентрации локальных пластических деформаций, которые при повторном характере внешней нагрузки приводят к образованию трещины малоцикловой усталости. Так, при обследовании воздухонагревателей доменных печей появление трещин в кожухе было зафиксировано после 2—3 лет эксплуатации, что соответствовало 5 — 6 тыс. циклов. В подкрановых балках тяжелого режима работы повреждения в виде поверхностных трещин вдоль угловых швов приварки верхнего пояса к стенке наблюдались при числах циклов до 2 х 105, или после 4 лет эксплуатации, в газгольдерах аэродинамических станций — после 4 х Ю4 циклов нагружения. Опасность появления трещин малоцикловой усталости в сварных конструкциях связана с тем, что трещина данной длины может при определенном соотношении уровня нагрузки, климатической температуры эксплуатации, скорости нагружения и других факторов оказаться критической, что приводит к катастрофическому хрупкому разрушению. Раз-рушение^может наступить в разный период эксплуатации в зависимости от наступления критического сочетания инициирующих факторов. В этом заключается определенное отличие в разрушении циклически нагруженных конструкций по сравнению со статически нагруженными, основная масса аварий которых приходится на период эксплуатации с первыми похолоданиями; при дальнейшей эксплуатации таких конструкций число хрупких разрушений резко сокращается (рис. 9.1). Для циклически нагруженных конструкций в первую зиму и во время испытаний разрушается только 34% конструкций от общего числа зарегистрированных разрушений. При последующей эксплуатации в течение примерно трех лет разрушения отсутствуют, и затем число разрушений начинает увеличиваться с 4 до 10% в год. Такой характер распределения разрушений конструкций под воздействием повторных нагрузок связан с необходимым периодом подрастания дефектов до критических размеров, и поэтому в течение определенного периода разрушения не наблюдаются. При дальнейшей эксплуатации идет накопление повреждений и развитие трещин усталости до образования полного разрушения.

Косвенной, но важной характеристикой работоспособности являются размеры трещины в момент наступления критического состояния. Чем они больше, тем выше вероятность их обнаружения на стадии эксплуатации конструкции. Статистическое моделирование процесса развития разрушения показывает, что при малоцикловом нагружении в условиях осесимметричного изгиба работоспособность металла в исходном состоянии ограничивается наступлением коррозионного растрескивания по условию К^ max > К1хс . При этом к моменту достижения критического состояния средняя длина трещин на поверхности составляет /fc* = 7,7 мм, средняя глубина at* = 3,5 мм. При испытании

рованных и изготовленных конструкциях в значительном диапазоне изменения внешних нагрузок развитие трещин происходит устойчиво, отдаляя момент наступления критического состояния. Поэтому характеристики прочности в определенных пределах могут не зависеть от начальных длин трещин и определяться некоторыми структурными параметрами материала, такими, например, как величина зерна [190, 302].

Условие наступления критического состояния (3.9) примет вид

В этой задаче критические напряжения по энергетическому методу и по 6я-модели не совпадают друг с другом (по 8к-модели критическое напряжение выше, чем по энергетическому критерию). Несовпадение результатов по разным критериям происходит вследствие существования двух видов критериев наступления критического состояния — необходимых и достаточных 1123, 195, 438]. К первым относится энергетический критерий, а ко вторым — бк-модель, а также теория, основанная на достижении максимальным напряжением (или средним напряжением в пределах характерного интервала, см. § 11) у вершины трещины значения теоретической прочности. Предполагается, что для движения трещины необходимо соответствующее перераспределение энергии, при котором выделяющаяся энергия, перекрывает поглощение энергии на разрушение. В то же время может оказаться, что этого

Отсюда получаем условие наступления критического состояния